《電磁場與微波技術(shù)》課程實施大綱

PAGE—PAGE76—《電磁場與微波技術(shù)》課程實施大綱目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1．教學理念 62．課程介紹 72.1課程的性質(zhì) 72.2課程在學科專業(yè)結(jié)構(gòu)中的地位、作用 72.3課程的歷史與文化傳統(tǒng) 72.4課程的前沿及發(fā)展趨勢 72.5課程與經(jīng)濟社會發(fā)展的關(guān)系 72.6課程內(nèi)容可能涉及到的倫理與道德問題 72.7學習本課程的必要性 83．教師簡介 93.1教師的職稱、學歷 93.2教育背景 93.3研究興趣（方向） 94．先修課程 95．課程目標 95.1知識與技能方面 95.2過程與方法方面 95.3情感、態(tài)度與價值觀方面 96．課程內(nèi)容 106.1課程的內(nèi)容概要 106.2教學重點、難點 106.3學時安排 107.課程實施 117.1教學單元一 117.2教學單元二 137.3教學單元三 157.4教學單元四 177.5教學單元五 197.6教學單元六 217.7教學單元七 247.8教學單元八 267.9教學單元九 297.10教學單元十 337.11教學單元十一 357.12教學單元十二 387.13教學單元十三 407.14教學單元十四 427.15教學單元十五 467.16教學單元十六 487.17教學單元十七 507.18教學單元十八 527.19教學單元十九 547.20教學單元二十 577.21教學單元二十一 607.22教學單元二十二 637.23教學單元二十三 677.24教學單元二十四 698．課程要求 728.1學生自學要求 728.2課外閱讀要求 728.3課堂討論要求 728.4課程實踐要求 729．課程考核 739.1出勤（遲到、早退等）、作業(yè)、報告等的要求 739.2成績的構(gòu)成與評分規(guī)則說明 739.3考試形式及說明 7310．學術(shù)誠信 7410.1考試違規(guī)與作弊處理 7410.2杜撰數(shù)據(jù)、信息處理等 7410.3學術(shù)剽竊處理等 7411．課堂規(guī)范 7411.1課堂紀律 7411.2課堂禮儀 7412．課程資源 7512.1教材與參考書 7512.2專業(yè)學術(shù)著作 7512.3專業(yè)刊物 7512.4網(wǎng)絡課程資源 7513．教學合約 7613.1教師作出師德師風承諾 7613.2閱讀課程實施大綱，理解其內(nèi)容 7613.3同意遵守課程實施大綱中闡述的標準和期望 7614．其他說明 77

1．教學理念關(guān)注學生的發(fā)展：以學生為主體，關(guān)注學生情感、態(tài)度與價值觀的體現(xiàn)與發(fā)展。教學不僅要培養(yǎng)學生學習知識，應用知識的能力，激發(fā)學生的主動學習的熱情，同時要將學習能力的培養(yǎng)和人才建設的培養(yǎng)相結(jié)合，潛移默化地培養(yǎng)學生積極的人生態(tài)度，正確的價值觀、人生觀和科學的世界觀，培養(yǎng)學生的自學能力、邏輯思維能力和空間思維能力，發(fā)揮學生的主觀能動性。采用提問式、討論式、啟發(fā)式等教學方法，引導學生主動參與到教學過程中來。對課程內(nèi)容的理解上，授課教師應對課程的重點、難點講課思路清晰，化難為簡。同時將實際工程中的問題作為對象，有針對性的講解，盡量采用形象化的多媒體技術(shù)進行講述，使學生較為容易接受。關(guān)注教學的有效性：在教學內(nèi)容取舍上，要講究教學實效，根據(jù)教學目標和教學任務來進行取舍；要理論聯(lián)系實際，電磁場與微波技術(shù)這門課程理論性強，較為抽象，因此，應更多的將實際工程中的實例引入課堂，同時，將電磁學的發(fā)展前沿成果及時向?qū)W生講述，這樣可以引起學生對課程的學習興趣。關(guān)注教學的策略：為了取得教學實效，從2007年被批準作為四川省精品課程建設以來，課程組不斷進行建設，今年又申報了四川省精品資源共享課程，為學生學習電磁場理論和電磁場與電磁波搭建了一個很好的自主學習平臺。授課教師制作了生動形象的課件，主要由多媒體加板書的形式授課，并安排有課堂討論、自學寫讀書報告、課堂練習等。

2．課程介紹2.1課程的性質(zhì)電磁場與微波技術(shù)是講述電磁場激勵與電磁波、特別是高頻電磁波傳播規(guī)律的課程，不僅是通信工程專業(yè)的必修、學位課、考試課，也是電子信息類學科各專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎理論課，還是電氣工程師的必備知識，是電磁理論的重要組成部分。2.2課程在學科專業(yè)結(jié)構(gòu)中的地位、作用電磁場與微波技術(shù)課程是學生學習微波技術(shù)、光技術(shù)、雷達技術(shù)、電氣技術(shù)、電子對抗等技術(shù)的基礎，為電子與信息工程、通信工程、電氣工程與自動化等專業(yè)的一門必修課，也是其他電類專業(yè)的選修課。2.3課程的歷史與文化傳統(tǒng)1831年英國的法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象，為發(fā)電機的發(fā)明奠定了理論基礎；1833年俄國的楞次發(fā)表了他的實驗結(jié)果，明確給出確定感應電流方向的法則；1865年英國的物理學家麥克斯韋在前人的基礎上發(fā)表麥克斯韋方程組，預言了電磁波的存在，并大膽提出光是電磁波的看法，奠定了現(xiàn)代電磁學的基礎。2.4課程的前沿及發(fā)展趨勢當前電磁場理論主要應用發(fā)展于無線通信與傳播、檢測與測量、電磁加熱和電磁兼容四大領(lǐng)域，在諸如陰極射線示波器、噴墨打印機、分選礦物、磁分離器、回旋加速器、磁流體發(fā)電機、全球定位系統(tǒng)等許多方面也取得廣泛應用。2.5課程與經(jīng)濟社會發(fā)展的關(guān)系19世紀30年代，法拉第發(fā)明了第一臺感應發(fā)電機，拉開了電能造福人類社會的序幕，極大的提高了生產(chǎn)力；1901年馬可尼成功應用電磁波將訊號從歐洲送到大西洋彼岸的美國，拉開了無線電通信的序幕，徹底改變了人們的通訊交流方式；雷達作為電磁場理論的一個突出應用，在軍事上和生活上都有重要意義；在遙感遙測、醫(yī)療、檢測、能源、環(huán)保等生活和工作的方方面面，電磁場理論都廣泛的應用，極大的促進了社會經(jīng)濟的發(fā)展。2.6課程內(nèi)容可能涉及到的倫理與道德問題本課程不涉及倫理道德問題。2.7學習本課程的必要性電磁場與微波技術(shù)課程的理論研究在科學技術(shù)發(fā)展過程中起著十分重要的作用。一些重要的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明都是以電磁場理論的研究為基礎的，如電報、電話、電動機、發(fā)電機等，特別是無線電技術(shù)，所有的信息都可以看作是通過電磁場和電磁波傳遞的。當前，電磁場和電磁波在一些前沿學科，如光纖通信、超導體技術(shù)、電子對抗、電磁兼容、生物電磁學、環(huán)境電磁學等領(lǐng)域中，仍起著十分重要的作用。

3．教師簡介4．先修課程高等數(shù)學、大學物理、工程數(shù)學、電路理論5．課程目標5.1知識與技能方面通過本課程的學習，使學生進一步熟悉電磁場與電磁波的基本性質(zhì)和規(guī)律；學會應用場的觀點進行初步的分析，對一些較簡單的問題能進行計算，掌握電磁波——特別是高頻電磁波的傳播規(guī)律，并為學習微波技術(shù)與天線、光纖通信、衛(wèi)星通信等專業(yè)課或進行電磁學問題的進一步研究準備必要的基礎。5.2過程與方法方面通過課堂+實驗室+實習基地+網(wǎng)絡學習平臺，教師引導，學生自主學習的以學生為主體的學習過程。5.3情感、態(tài)度與價值觀方面培養(yǎng)學生嚴謹?shù)膶W術(shù)態(tài)度和科學的研究方法。

6．課程內(nèi)容6.1課程的內(nèi)容概要課程內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)：主要由電磁場分析和電磁波傳播理論兩大部分組成。電磁場分析部分主要包括靜電場分析、恒定磁場分析和時變電磁場三部分。其中，麥克斯韋方程、波動方程、電磁輻射方程是電磁場理論的核心內(nèi)容。電磁波傳播理論主要包括電磁波在無界空間中的傳播規(guī)律分析、電磁波在波導中的傳播規(guī)律分析、電磁波在分界面上的物理過程的分析。

電磁場與電磁波還包括電磁輻射部分內(nèi)容。為使學生更容易學習本門課程，補充了矢量分析和場論內(nèi)容的介紹。各章分布如下：第1章矢量分析第2章靜電場與恒定電場第3章靜電場解法第4章恒定磁場第5章時變電磁場第6章正弦平面電磁波在無界空間中的傳播第7章電磁波的反射和折射第8章導行電磁波第9章電磁波輻射6.2教學重點、難點見各教學單元6.3學時安排總學時：72（理論課學時66，實驗學時6）

7.課程實施7.1教學單元一緒論（大約2學時）7.1.1教學日期7.1.2教學目標1、使學生全面了解本課程任務、目標，課程的內(nèi)容和教材體系，課程的特點；2、了解電磁學的發(fā)展歷史，通信工程的發(fā)展歷史和電磁波在通信工程中的重要性；3、了解電磁波在其他工程中的重要應用；4、學習電磁場與電磁波應注意的問題（預習、作業(yè)、考試要求，參考文獻）。7.1.3教學內(nèi)容（含重點、難點）1、課程的性質(zhì)和任務2、課程內(nèi)容和教材體系（重點）3、課程特點：對數(shù)學工具要求高、物理概念多4、電磁場的發(fā)展歷史和電磁波在工程應用5、電磁場理論與電路理論之間的關(guān)系6、學習電磁場與電磁波應注意的問題7、參考教材7.1.4教學過程課程的性質(zhì)和任務——PPT講述提問：古代人們怎樣傳遞信息的？（烽火臺……）人們通過發(fā)信的信息傳遞過程？（寫信、裝信封、寫地址、郵局發(fā)信、郵局分信、交通工具送信……）現(xiàn)代通信工程的信息傳遞方式？（電話、手機、電視、互聯(lián)網(wǎng)……）從而引出電磁波↓課程內(nèi)容和教材體系--–PPT講述課程特點--–PPT講述電磁場、電磁波與工程應用：--–PPT講述和互聯(lián)網(wǎng)演示現(xiàn)代通信系統(tǒng)的基本組成用動漫來演示通信系統(tǒng)的工作過程；演示中、短波發(fā)射天線、微波接力天線、卡塞格侖天線圖片、MMDS-A型微波天線圖片、MMDS-C型微波天線、對數(shù)周期天線圖片；各種微波通信器件圖片；B2隱形轟炸機圖片、J-20重型殲擊機圖片；動漫來演示電磁炮彈穿過裝甲的過程↓電磁場理論與電路理論之間的關(guān)系--–PPT+板書推導講述重點搞清楚什么是電路理論（集總假設與電路理論適用的條件）；什么是電路系統(tǒng)和電磁場系統(tǒng)？它們的區(qū)別？↓學習“電磁場與電磁波”課程學習應注意的問題--–PPT講述預習5~10分、作業(yè)獨立完成，不許抄襲；課后閱讀教材，確保理解教學內(nèi)容，并及時解決不懂的問題；考試要求：做誠實學生，認真做好每一道考題按要求閱讀參考文獻7.1.5教學方法板書推導講述+PPT演示講述+互聯(lián)網(wǎng)演示7.1.6作業(yè)安排及課后反思使用圖書館資料和網(wǎng)絡查閱：1、目前通信工程中主要有哪幾種通信方式2、電磁波在工程的十種主要應用3、認真思考電磁波對現(xiàn)代通信工程的絕對性沒有電磁波就沒有現(xiàn)代通信工程或人們不會使用電磁波就沒有現(xiàn)代通信工程4、盡可能去書店買或去圖書館借閱要求的參考書籍7.1.7課前準備情況及其他相關(guān)特殊要求帶著“為什么要學習電磁場與電磁波這門課程？”和“怎樣才能學好這門課程？”這兩個問題來聽“緒論”。7.1.8參考資料無

7.2教學單元二矢量分析基礎：數(shù)學工具1——三種常用的坐標系（大約3學時）7.2.1教學日期7.2.2教學目標1、使學生準確理解場的概念和表示法；2、使學生熟練使用直角坐標系、柱坐標系和球坐標系。7.2.3教學內(nèi)容（含重點、難點）1、復習場的概念和表示法場的定義、特征、場的分類、場的描述、場函數(shù)、場的值或場量。2、直角坐標系的坐標變化范圍、位置矢量、矢量表示、微分線元、度量系數(shù)、面積元、體積元，單位矢量滿足右手螺旋法則；3、柱坐標系的坐標變化范圍、位置矢量、矢量表示、微分線元、度量系數(shù)、面積元、體積元，單位矢量滿足右手螺旋法則；重點：微分線元、度量系數(shù)、面積元、體積元，難點：單位矢量隨φ變化；4、球坐標系的坐標變化范圍、位置矢量、矢量表示、微分線元、度量系數(shù)、面積元、體積元，單位矢量滿足右手螺旋法則。重點：微分線元、度量系數(shù)、面積元、體積元，難點：單位矢量隨φ、θ變化。7.2.4教學過程1、復習場的概念和表示法--–PPT+板書推導講述場的定義、特征、場的分類、場的描述、場函數(shù)、場的值或場量↓2、直角坐標系--–PPT+板書推導講述坐標變化范圍、位置矢量、矢量表示、微分線元、度量系數(shù)、面積元、體積元，單位矢量滿足右手螺旋法則主要用圖來講解此處還需要在黑板上重新畫圖對矢量線元、矢量面元和體積元進行說明?！?、柱坐標系--–PPT+板書推導講述坐標變化范圍、位置矢量、矢量表示、微分線元、度量系數(shù)、面積元、體積元，單位矢量滿足右手螺旋法則；重點：需要在黑板上重新畫圖對微分線元、度量系數(shù)、面積元、體積元進行說明難點：推導單位矢量隨φ的變化關(guān)系；↓4、球坐標系--–PPT+板書推導講述坐標變化范圍、位置矢量、矢量表示、微分線元、度量系數(shù)、面積元、體積元，單位矢量滿足右手螺旋法則。重點：需要在黑板上重新畫圖對微分線元、度量系數(shù)、面積元、體積元，難點：強調(diào)說明單位矢量隨φ、θ的變化關(guān)系，推導可作為作業(yè)來處理，也可以參閱畢德顯《電磁場理論》第1章矢量分析部分。7.2.5教學方法板書推導講述+PPT演示講述7.2.6作業(yè)安排及課后反思1、作業(yè)：習題1.3，習題1.4，習題1.9，習題1.11，習題1.122、推導單位矢量隨φ、θ的變化關(guān)系，也可以參閱畢德顯《電磁場理論》第1章矢量分析相關(guān)部分7.2.7課前準備情況及其他相關(guān)特殊要求要求學生準備高等數(shù)學的相關(guān)教材：矢量分析部分和坐標系部分7.2.8參考資料畢德顯《電磁場理論》第1章矢量分析部分

7.3教學單元三數(shù)學工具2——標量場的梯度和矢量場的散度（大約2學時）7.3.1教學日期7.3.2教學目標1、了解標量場的基本特點，掌握梯度的計算并用梯度來描述標量場的變化；2、了解矢量場的基本特性——發(fā)散性和旋渦性；3、了解散度定義，掌握散度的計算方法，用散度來描述矢量場與源的關(guān)系。7.3.3教學內(nèi)容（含重點、難點）1、標量場的梯度等值面或等位面、方向性導數(shù)和梯度、梯度的定義和計算。2、矢量場的通量和散度整個這一節(jié)內(nèi)容都是重點；通量的定義和計算，通量與場在一個區(qū)域中的場源關(guān)系；散度的定義、描述的物理意義、散度計算（難點）、高斯散度定理；特別強調(diào)：矢量的散度是一個標量，是空間坐標點的函數(shù)；散度代表矢量場的通量源的分布特性。7.3.4教學過程1、標量場的梯度--–PPT+板書推導講述等值面或等位面（標量場中值相等的點構(gòu)成的面）、等值面互不相交，完全填充標量場的全部空間；從等值面變化描述引出方向性導數(shù)——通過找最大變化方向引出梯度，重點使學生理解：怎樣用梯度描述標量場的變化；從直角坐標系中的梯度計算推出其他坐標系中的梯度計算公式。哈密頓算符與梯度計算公式的記憶方法。用兩個例題說明以上概念和梯度計算方法↓2、矢量場的通量散度--–PPT+板書推導講述先引出矢量面元的概念：開面元與閉合面通量的定義和計算，通量與場在一個區(qū)域中的場源關(guān)系散度的定義、散度描述的物理意義—標量性源密度強調(diào)用極限的概念引出散度、用黑板推導直角坐標系中散度的計算公式從直角坐標系中的散度計算退出其他坐標系中的梯度計算公式教會學生的哈密頓算符與散度計算公式的記憶方法用PPT證明高斯散度定理用兩個例題說明以上概念和散度計算方法7.3.5教學方法板書推導講述+PPT演示講述7.3.6作業(yè)安排及課后反思作業(yè)：習題1.15/1.17，習題1.16，習題1.19，習題1.22/1.23反思：標量場的梯度和矢量場的散度之間的關(guān)系，描述了怎么樣的場的特性？7.3.7課前準備情況及其他相關(guān)特殊要求要求學生準備高等數(shù)學的相關(guān)教材：預習20~30分鐘，內(nèi)容：矢量分析部分和坐標系部分7.3.8參考資料畢德顯《電磁場理論》第1章矢量分析部分

7.4教學單元四數(shù)學工具2——矢量場的旋度亥姆霍茲定理（大約3學時）7.47.41、了解旋度定義，掌握旋度的計算方法，用旋度來描述矢量場的漩渦特性和場與源的關(guān)系；2、了解亥姆霍茲定理。7.41、矢量場的環(huán)流與旋度整個這一節(jié)內(nèi)容都是重點；矢量場的形態(tài)：發(fā)散場與漩渦場；環(huán)流的定義與其描述的幾何意義；旋度定義、旋度的計算方法，用旋度來描述矢量場的漩渦特性和場與源的關(guān)系（難點），斯托克斯定理。2、亥姆霍茲定理在有限區(qū)域內(nèi)，矢量場由它的散度、旋度及邊界條件惟一地確定。7.41、矢量場的環(huán)流與旋度--–PPT+板書推導講述用實例引出漩渦場渦旋程度、漩渦面、產(chǎn)生漩渦場的源旋渦場無散度，不能用散度加以描述提問：用什么參量來描述漩渦場的渦旋程度、漩渦面、產(chǎn)生漩渦場的源環(huán)流的定義、描述的幾何意義定義旋度的目的：描述漩渦場漩渦面的取向；描述漩渦場中各點旋轉(zhuǎn)快慢程度旋度的定義，在直角坐標系下旋度的計算公式的推導（在黑板上進行）說明其他坐標中旋度計算公式的來由和使用方法用兩個例題說明以上概念和旋度計算方法用PPT證明斯托克斯定理↓2、亥姆霍茲定理重點說明：矢量場由發(fā)散場和漩渦場構(gòu)成；矢量場由區(qū)域中的源分布和邊界條件唯一確定。7.4板書推導講述+PPT演示講述7.4作業(yè)：習題1.24/1.25，習題1.26/1.27/1.28，習題1.29，習題1.36反思：矢量場的梯度、散度、旋度將怎樣用來描述電磁場的特性？7.4要求學生準備高等數(shù)學的相關(guān)教材：預習20~30分鐘，內(nèi)容：矢量分析部分和坐標系部分7.4畢德顯《電磁場理論》第1章矢量分析部分

7.5教學單元五第2章靜電場與恒定電場靜電場的場源關(guān)系——電荷和電流的分布及表示，真空中靜電場的場矢量（大約2學時）7.5.1教學日期7.5.2教學目標1、了解庫侖定律和靜電場的基本概念；2、理解電流和電流密度的基本概念，理解電流連續(xù)性原理；3、理解電場強度的定義，掌握通過已知電荷分布計算電場強度的方法。7.5.31、靜電場和恒定電場的定義，電荷和電流的特點；明確靜止的電荷激勵靜電場，恒定電流激勵恒定電流場。2、電場的源和矢量場：電荷分布和電荷密度的表示：體電荷、面電荷、線電荷和點電荷；電流分布和電流密度的表示：體電流、面電流和線電流；庫侖定理和電場力；難點：電流分布由電荷流動方向和垂直于流動方向上的電荷分布確定；電流與電荷的關(guān)系：電流連續(xù)性方程3、靜電場的電場強度（難點）：電場強度的定義、物理意義和計算（已知電荷分布由矢量疊加原理計算）。7.5.4教學過程1、復習電荷特性，對電荷分布進行分類，推導其密度表述——PPT講述體電荷分布與電荷體密度面電荷分布與電荷面密度線電荷分布與電荷線密度點電荷及其表示；舉例講解電荷總量、電荷分布和電荷密度三者的關(guān)系和相互推導過程。由點電荷的定向流動引出電流?！?、根據(jù)電流的定義，分析電流的分布方式，推導其密度表述——PPT講述體電流分布與電流體密度面電流分布與電流面密度；舉例講解電流總量、電流分布和電流密度三者的關(guān)系和相互推導過程；由電流的定義推導出電流連續(xù)性方程?！?、復習庫侖定律、電場強度和矢量疊加定理，在確定電荷分布的條件下求解電場強度——PPT講述+板書推導+例題講解（重難點）無限細分電荷分布區(qū)域，取微小電荷元作為點電荷計算點電荷激勵的電場強度微元利用矢量疊加定理，在源電荷分布區(qū)域內(nèi)對電場強度微元進行積分分析積分區(qū)域的對稱性，將矢量積分轉(zhuǎn)化為標量積分求解。用PPT上的兩個例題，板書推導計算，說明以上計算過程。對例題求解出的電場強度做閉合面上的通量和閉合回路上的環(huán)流，引出真空中靜電場的基本方程。7.5.5教學方法板書推導講述+PPT演示講述7.5.6作業(yè)安排及課后反思1、作業(yè)：習題2.3/2.7，習題2.112、反思：討論靜電場的本質(zhì)，靜電場的場源關(guān)系如何體現(xiàn)？求解靜電場的方法有哪些？7.5.7課前準備情況及其他相關(guān)特殊要求1、要求學生準備大學物理的相關(guān)教材：靜電場部分2、要求學生準備電磁場理論課程的實驗一：熟悉MATLAB軟件，編程仿真實現(xiàn)電偶極子的場結(jié)構(gòu)。7.5.8參考資料畢德顯《電磁場理論》第2章靜電場部分

7.6教學單元六第2章真空中靜電場基本方程和電位方程（大約3學時）7.67.61、理解靜電場的環(huán)路定理和高斯定律；2、理解電位的定義及其與參考點的關(guān)系，了解電位和電場強度之間的關(guān)系。7.6.31、真空中靜電場的基本方程（重難點）：立體角的定義，常用于分析的幾類立體角計算；靜電場的高斯定理：發(fā)散源與空間分布電荷體密度有關(guān)；靜電場的環(huán)路定理：無旋；靜電場的基本方程：形式、意義和運用；難點在于如何運用高斯定律求解具有某種對稱性分布的靜電場，從場源關(guān)系角度理解靜電場的方程。2、靜電場的電位函數(shù)（重難點）：定義和意義：電位和電位差，與電場強度的關(guān)系，與源電荷的關(guān)系；計算：由參考點做電場強度的線積分、由點電荷電位和疊加原理計算；電偶極子：定義、意義、極矩、遠區(qū)電位和電場、等位面和電力線方程；3、真空中靜電場的電位方程：方程的形式：泊松方程（有源），拉普拉斯方程（無源）；方程的運用：有限區(qū)域內(nèi)的靜電場邊值問題。重點：從場源關(guān)系理解電位方程，注意電位函數(shù)也是描述靜電場特性的物理量。7.61、復習庫侖定律、電場強度和矢量疊加定理，對上節(jié)課的例題求解出的電場強度做閉合面上的通量和閉合回路上的環(huán)流，引出真空中靜電場的基本方程?！?、真空中靜電場的基本方程——PPT講述和板書推導由例題推導出真空中靜電場的基本方程的形式，討論方程的數(shù)學和物理意義：靜電場是由空間靜止電荷激勵的一種發(fā)散場（重點）。——PPT講述引入立體角概念，板書畫圖講解，分析立體角的頂點和面元法矢的相對位置對立體角的影響，計算曲面上對面上一點所張的立體角球面對球心所張的立體角閉合面對其內(nèi)任一點所張的立體角閉合面對其外任一點所張的立體角，從頂點相對閉合面位置不同的立體角角度證明靜電場的基本方程?！鍟媹D推導證明在電荷分布具有某種對稱性的區(qū)域中利用靜電場的高斯定理求解電場強度（重難點）——PPT講述+板書推導+例題講解配合PPT顯示的例題及圖，對已知對稱分布的電荷求電場，其解題思路為：分析源電荷分布區(qū)域的對稱性選擇合適的坐標系在不同區(qū)域做與坐標面有一定近似的閉合面在閉合面上應用高斯方程，由場源關(guān)系計算電場強度。也可反其道而行之，對確定區(qū)域的電場強度求散度，反推空間的電荷分布形式。用兩個例題說明以上思路和計算過程。↓3、靜電場的電位函數(shù)——PPT+板書推導講述（重點）由靜電場無旋引出靜電場的標量位函數(shù)電位和電場強度的關(guān)系電位的物理意義和參考點的選擇利用疊加原理計算電位以電偶極子為例，由疊加性計算電偶極子的遠區(qū)電位由電位與電場強度之間的關(guān)系，求解電偶極子的遠區(qū)電場分析電偶極子的場源關(guān)系和特性導出靜電場的電位方程（泊松方程和拉普拉斯方程）利用電位方程和邊界條件求解有限區(qū)域內(nèi)電場強度。用兩個例題說明以上概念和計算過程重點是靜電場的場源關(guān)系——電荷分布、電場強度和電位三者的關(guān)系；如何利用高斯定理和拉普拉斯方程求解電場強度。7.6板書推導講述+PPT演示講述7.61、作業(yè)：習題2.12/2.13，習題2.14/2.15，習題2.19/2.25，習題2.22，習題2.232、反思：討論靜電場的本質(zhì)，靜電場的場源關(guān)系如何體現(xiàn)？求解靜電場的方法有哪些？7.61、要求學生準備大學物理的相關(guān)教材：靜電場部分2、要求學生準備電磁場理論課程的實驗一：熟悉MATLAB軟件，編程仿真實現(xiàn)電偶極子的場結(jié)構(gòu)。7.6畢德顯《電磁場理論》第2章靜電場部分

7.7教學單元七電介質(zhì)中的靜電場——介質(zhì)中的高斯定律（大約2學時）7.7.1教學日期7.7.2教學目標1、了解導體的性質(zhì)和電介質(zhì)的極化現(xiàn)象；2、理解電位移矢量的定義；3、熟練掌握運用高斯定律求解具有某種對稱性分布的靜電場的方法。7.7.3教學內(nèi)容（含重點、難點）1、電介質(zhì)的極化：電介質(zhì)極化的概念和極化機理；極化強度的定義、意義和計算；極化電荷（束縛電荷）的定義、意義和計算（與自由電荷的關(guān)系）。2、介質(zhì)中的高斯定律：（重難點）電介質(zhì)中的高斯定理和電位移矢量；電介質(zhì)的本構(gòu)方程：介電常數(shù)和相對介電常數(shù)，電場強度、極化強度和電位移矢量的關(guān)系；重難點是電介質(zhì)中的場源關(guān)系（自由電荷、束縛電荷與、的關(guān)系）電介質(zhì)的特性：線性與非線性介質(zhì)、均勻與非均勻介質(zhì)、各向同性和各向異性介質(zhì)、有損耗和無損耗介質(zhì)；線性、均勻、各向同性且無耗的電介質(zhì)稱為理想介質(zhì)；重點是介電常數(shù)如何體現(xiàn)電介質(zhì)特性。3、電介質(zhì)中的靜電場基本方程：方程的形式和意義：微分方程、積分方程、本構(gòu)方程；方程的運用：電介質(zhì)中確定電荷分布的電場問題。難點在于如何運用高斯定律求解電介質(zhì)中具有某種對稱性分布的靜電場，理解電介質(zhì)極化對電場的影響。7.7.4教學過程1、電介質(zhì)極化的概念——PPT+板書推導講述從電介質(zhì)的微觀構(gòu)成，分析電介質(zhì)極化的機理對電介質(zhì)極化定量分析，引入極化強度由PPT圖解說明電介質(zhì)極化對靜電場造成的影響對極化影響定量分析，引入束縛電荷概念（板書計算推導）將電介質(zhì)極化對介質(zhì)中帶電體的影響，等效為束縛電荷產(chǎn)生的等效電場對帶電體的影響，導出電介質(zhì)中的高斯定律?！?、電介質(zhì)中的高斯定律——PPT+板書推導講述將激勵電場的源看做是自由電荷和極化電荷的疊加，修正真空中的靜電場方程引入電位移矢量，得到電介質(zhì)中的高斯定律由電位移矢量的定義，推導出介質(zhì)的本構(gòu)方程根據(jù)介電常數(shù)的不同特性，對電介質(zhì)分類小結(jié)得到電介質(zhì)中的靜電場基本方程。在板書上由電位移矢量簡單計算束縛電荷體密度，并推導本構(gòu)方程的各種變型，講解、、之間的相互計算關(guān)系。用1個例題說明以上概念和計算。重點講清電介質(zhì)中的場源關(guān)系，即電介質(zhì)中的源（自由電荷和束縛電荷）和描述源激勵的場的特性的函數(shù)（電場強度、電位移矢量和電位函數(shù)）之間的關(guān)系。7.7.5教學方法板書推導講述+PPT演示講述7.7.6作業(yè)安排及課后反思1、作業(yè)：習題2.28，習題2.29，習題2.302、反思：求解介質(zhì)中靜電場的方法有哪些？可以用拉普拉斯方程求解么？應怎樣求介質(zhì)中的電位函數(shù)？7.7.7課前準備情況及其他相關(guān)特殊要求要求學生準備大學物理的相關(guān)教材：靜電場部分7.7.8參考資料畢德顯《電磁場理論》第2章靜電場部分

7.8教學單元八靜電場的邊界條件和能量、恒定電流場（大約3學時）7.8.1教學日期7.8.2教學目標1、深刻理解靜電場的基本方程和邊界條件。2、了解電容是存儲電能能量的器件；3、理解靜電場能量和能量密度的基本概念；4、能計算簡單的電容參數(shù)；5、能根據(jù)場分布計算電場能量密度和電場總能量；6、理解電流連續(xù)性原理；7、理解恒定電場的基本方程和邊界條件；8、理解恒定電場的場源關(guān)系；9、了解恒定電場和靜電場的相似性。7.8.3教學內(nèi)容（含重點、難點）1、介質(zhì)分界面上的邊界條件：（重難點）邊界條件的概念：由靜電場基本方程推導邊界條件；邊界條件的數(shù)學表達：電位移矢量的邊界條件（法向分量的變化）、電場強度的邊界條件（切向分量的變化）、分界面上無源時的邊界條件、用電位函數(shù)表述的邊界條件，利用邊界條件求解靜電場分布。難點在于理解在不同介質(zhì)分界面上，由于電介質(zhì)不同導致的極化電荷分布不同，對分界面上電場的影響。2、靜電場能量的來源：建立電荷系統(tǒng)過程中外界提供的能量。3、建立電荷系統(tǒng)過程中的功能轉(zhuǎn)化過程：對建立電荷系統(tǒng)所需能量的推導，電荷系統(tǒng)建立后場函數(shù)表示的電場總能量，電場能量在空間中的分布和電場能量密度。電荷系統(tǒng)建立后，電場能量是以能量密度的形式存在于電場存在的地方，而與電荷系統(tǒng)建立過程中源的分布無關(guān)。4、恒定電流場的基本特征：電流連續(xù)性方程、導電媒質(zhì)中的歐姆定律；5、恒定電流場的基本方程：微分方程和積分方程、意義（重點理解散度和旋度均為零的恒定電流場與其源的聯(lián)系）；6、恒定電流場的邊界條件；7、恒定電流場與靜電場的比擬。7.8.4教學過程1、介質(zhì)分界面上的邊界條件——PPT+板書推導講述邊界條件的概念板書配合PPT推導邊界條件（高斯方程推導法向分量邊界條件，環(huán)路方程推導切向分量邊界條件）邊界條件的不同表示形式（電場強度和電位移矢量表示，電位表示）特殊的分界面條件（分界面上無源，導體和空氣的分界面）用1個例題說明以上概念和計算。重點：根據(jù)PPT推導邊界條件，注意切向分量也是矢量，有多種可能的方向?！?、簡述導體的電容，和電路分析中的電容相比較?！?、分析靜電場能量的來源——PPT+板書推導講述靜電場的能量來源于建立電荷系統(tǒng)過程中外界提供的能量?！?、如何計算靜電場的能量——PPT+板書推導講述由能量守恒定律可知，在不考慮損耗的時候，外界建立電荷系統(tǒng)所做的功全部轉(zhuǎn)化為電荷系統(tǒng)的電場能量，并以能量密度的形式分布在整個電場存在的區(qū)域內(nèi)。故通過計算建立電荷系統(tǒng)時，外界需要提供的總能量，來得到系統(tǒng)的電場總能量。板書講解電荷從無到有、電位從無到有的線性增加計算能量的增加在時間上積分得到電場總能量的過程，有靜電場對其中帶電體的不接觸作用特性，導入電場能量密度的概念。↓5、電場的能量密度——PPT+板書推導講述單位體積的能量，只與電場場量的分布有關(guān)?？捎呻妶龇植嫉膮^(qū)域和能量密度的分布計算電場總能量。用一個例題說明以上概念和電場能量密度的計算方法。↓6、恒定電場的場強方程——PPT+板書推導講述恒定電流場的定義電流和電荷的關(guān)系電流連續(xù)性方程（恒定電場無散）恒定電場無旋恒定電場的基本方程恒定電流場的場源關(guān)系。↓7、恒定電場的電位方程和邊界條件——PPT+板書推導講述電位滿足拉普拉斯方程推導邊界條件同靜電場的場強基本方程（包括本構(gòu)方程）、無源區(qū)域的電位方程、分界面上的邊界條件相比擬，引出恒定電場和靜電場的比擬?！?、恒定電場同靜電場的比擬——板書推導講述從源、描述場特性的函數(shù)、反映場特性的基本方程、介質(zhì)特性和本構(gòu)方程、邊值問題、場源關(guān)系等方面對二者進行比較。用兩個例題說明以上概念和計算方法。7.8.5教學方法板書推導講述+PPT演示講述7.8.6作業(yè)安排及課后反思1、作業(yè)1：習題2.31/2.33，習題2.32，習題2.38/2.392、作業(yè)2：自學導體系統(tǒng)的電容部分，完成相關(guān)的讀書報告。3、反思：自學導體系統(tǒng)自電容和部分電容的概念，如何計算導體系統(tǒng)的電容系數(shù)？電容的串并聯(lián)關(guān)系與電路中學習的知識是否一致？恒定電場中的“導電體”和靜電場中的“導電體”是相同的嗎？7.8.7課前準備情況及其他相關(guān)特殊要求要求學生準備大學物理的相關(guān)教材：靜電場部分7.8.8參考資料畢德顯《電磁場理論》第2章靜電場部分

7.9教學單元九靜電場的解法（大約2學時）.2教學目標1、了解靜電場的分布型問題和邊值型問題；2、掌握惟一性定理；3、理解靜電場的分離變量法、鏡像法、有限差分法等求解方法。7.9.3教學內(nèi)容（含重點、難點）1、靜電場問題分為：分布型問題和邊值型問題分布型問題：已知全空間的電荷分布，利用電場強度或電位的計算公式直接計算場中各點的電場強度或電位，解法一般有：·根據(jù)電荷分布，利用場源積分式，直接求解電場；·直接求解電位，再根據(jù)計算電場；·用高斯定理直接求解電場。邊值型問題：已知確定區(qū)域中的電荷分布和其邊界上的電位或電位函數(shù)的法向?qū)?shù)分布，求解該區(qū)域中電位的分布狀況，可分為以下三種類型：第一類邊值問題（狄利克萊問題）：給定整個邊界上的電位函數(shù)，求區(qū)域中電位分布；第二類邊值問題（諾伊曼問題）：給定整個邊界上電位函數(shù)的法向?qū)?shù)，求區(qū)域中電位分布；第三類邊值問題（混合型邊值問題）：一部分邊界上的電位給定，另一部分邊界上的法向?qū)?shù)給定，求區(qū)域中電位分布。2、唯一性定理：唯一性定理的表述：滿足邊界條件的泊松方程或拉普拉斯方程的解必定唯一。即如果給定一個區(qū)域中的電荷分布和邊界上的全部邊界條件，則這個區(qū)域中的解是唯一的。格林定理：格林第一、第二恒等式；唯一性定理的證明和意義。3、分離變量法（重難點）：解題步驟：選擇適當?shù)淖鴺讼?，分離變量，將偏微分方程轉(zhuǎn)換為三個常微分方程進行求解；再根據(jù)給定的邊界條件確定常微分方程解的形式、分離常數(shù)及通解中的待定系數(shù)，最終求得給定問題的唯一解。三個坐標系下的分離變量法：直角坐標系、柱坐標系（歐拉方程和貝塞爾方程）和球坐標系（歐拉方程和勒讓德方程）。4、鏡像法（重難點）：鏡像法的基本思想：鏡像電荷的等效方法；鏡像法的關(guān)鍵是根據(jù)邊界條件確定鏡像電荷的位置及大??；鏡像法適用的范圍：一些平面、柱面或球面導體邊界問題。5、有限差分法：數(shù)值計算將所求解區(qū)域劃分為很多的網(wǎng)格，并建立起各相鄰網(wǎng)格節(jié)點的電位差分方程，邊界節(jié)點上的電位作為求解迭代方程組的已知值，未知節(jié)點電位在求解迭代方程組前可根據(jù)經(jīng)驗賦予一定的初值。有限差分法的精度取決于對求解區(qū)域劃分的網(wǎng)格數(shù)和迭代次數(shù)；求解迭代方程組時收斂速度主要取決于所采用的算法。7.9.4教學過程1、靜電場問題的分類——PPT講述復習靜電場問題的求解復習靜電場的電位方程和邊值問題將靜電場問題分為分布型和邊值型兩類。↓分布型問題：已知整個空間的源分布，求全空間的場分布；邊值型問題：對有限空間已知源分布和邊界上的邊界條件，求場的問題。結(jié)合第2章的內(nèi)容，復習靜電場分布型問題的求解；思考：邊值型問題能用分布型問題的思路求解么？↓2、邊值型問題的三類邊界條件——PPT講述邊值問題就是存于邊界面的電磁問題；結(jié)合實際舉例加強理解?！?、唯一性定理——PPT講述（重難點）唯一性定理的表述格林第一、第二恒等式的介紹唯一性定理的證明唯一性定理的重要意義：提出了靜電場邊值問題具有定解的充分必要條件?！?、分離變量法求解靜電場問題——PPT+板書推導講述解題步驟：選擇適當?shù)淖鴺讼?，分離變量，將偏微分方程轉(zhuǎn)換為三個常微分方程進行求解；再根據(jù)給定的邊界條件確定常微分方程解的形式、分離常數(shù)及通解中的待定系數(shù)，最終求得給定問題的唯一解。↓分離變量法的要求：給定的邊界與坐標系的坐標面相合或平行，或者至少分段地與坐標面相合或平行?！齻€坐標系下變量的分離（直角坐標系、柱坐標系和球坐標系）和求解。用1個例題說明以上思路和計算。↓5、鏡像法——PPT+板書推導講述鏡像法的基本思想鏡像法適用的條件鏡像電荷位置和大小的確定運用鏡像法的限制：鏡像電荷不能放在要計算電位的區(qū)域內(nèi)，否則，所得電位就不會滿足原來的電位方程；電位函數(shù)必須滿足原來的邊界條件。用1個例題（角型區(qū)域電荷的鏡像、導體球求外點電荷的鏡像、或電介質(zhì)分界面兩邊電荷的鏡像）說明以上思路和計算?！?、有限差分法——PPT+板書推導講述有限差分法的核心思想：將被求解區(qū)域中的解微分方程的邊值問題用差分方程的迭代求解來代替?！邢薏罘址ㄟm用的問題：不僅能用于求解靜電場的問題，還能求解任意靜態(tài)場和時變場問題；不僅能處理線性問題，還能處理非線性問題。↓有限差分法的求解過程：將場域分成足夠多的正方形網(wǎng)格計算相鄰節(jié)點上的電位關(guān)系得到一個方程數(shù)與未知電位的網(wǎng)點數(shù)相等的線性差分方程組在已知邊界節(jié)點電位的條件下，用迭代法求解區(qū)域內(nèi)各節(jié)點上的電位?！邢薏罘址ㄎ坏木龋褐饕蓜澐值木W(wǎng)格數(shù)目和迭代的次數(shù)決定?！龑τ诘螖?shù)的要求：余數(shù)都降到大約電位平均值的0.1％；所有余數(shù)的代數(shù)和與各個余數(shù)同數(shù)量級；所有余數(shù)均勻地混合（關(guān)于符號和數(shù)值）遍及整個區(qū)域。7.9.5教學方法板書推導講述+PPT演示講述7.9.6作業(yè)安排及課后反思1、作業(yè)：無2、反思：唯一性定理的意義和使用環(huán)境；求邊值型問題的三種方法分別具有的優(yōu)缺點7.9.7課前準備情況及其他相關(guān)特殊要求要求學生準備數(shù)理方程及特殊函數(shù)的相關(guān)教材7.9.8參考資料王元明《數(shù)學物理方程與特殊函數(shù)》第1章一些典型方程和定解條件的推導、第2章分離變量法

7.10教學單元十第4章恒定磁場、恒定磁場基本方程（大約3學時）7.10.1教學日期7.10.2教學目標1、準確理解恒定磁場的概念；2、掌握安培力定律；3、掌握畢奧-薩伐爾定律4、熟練運用真空中恒定磁場的基本方程.7.10.3教學內(nèi)容（含重點、難點）1、了解恒定磁場基本概念；2、掌握磁感應強度；重點：畢奧-薩伐爾定律難點：已知電流分布計算磁感應強度；3、掌握恒定磁場的基本方程；重點：恒定磁場的基本方程；難點：方程的靈活應用。7.10.4教學過程首先補充介紹電流元及其計算公式，然后介紹安培力定律及其計算公式，并綜合電流元計算式推導得出各種形式的畢奧－薩伐爾定律計算式，最后由畢奧－薩伐爾定律及其推論出發(fā)，推導得出恒定磁場的基本方程。1、電流元電流的最小單元→電流元→Idl等表達式↓2、引入磁場的概念和表示法--–PPT+板書推導講述通電線圈→安培力→安培力定律→畢奧-薩伐爾定律→不同形式的計算式↓3、導出恒定磁場--–PPT+板書推導講述畢奧-薩伐爾定律→參量不變→磁場恒定→舉例進行恒定磁場的計算↓4、推導真空中恒定磁場的基本方程--–PPT+板書推導講述安培環(huán)路定律（重點）：畢奧-薩伐爾定律→無限長直導線磁場→環(huán)量→和→掌握安培環(huán)路定義的不同形式、意義、運用，并舉例進行計算↓磁通連續(xù)性原理（難點）：畢奧-薩伐爾定律→散度運算→和→磁通連續(xù)→旋渦場→掌握磁通連續(xù)性方程的不同形式、意義，回憶第一章有關(guān)旋度的兩個重要推論，引出下次課的矢量磁位。7.10.5教學方法板書推導講述+PPT演示講述7.10.6作業(yè)安排及課后反思1、作業(yè)：習題4.1，習題4.3/4.4，習題4.5/4.6，習題4.72、推導不同形式的畢奧-薩伐爾定律，也可以參閱畢德顯《電磁場理論》第5章恒定電流的磁場相關(guān)部分，P235-2547.10.7課前準備情況及其他相關(guān)特殊要求要求學生準備高等數(shù)學及大學物理的相關(guān)教材。7.10.8參考資料畢德顯《電磁場理論》第5章恒定電流的磁場部分

7.11教學單元十一矢量磁位和磁偶極子、磁介質(zhì)中恒定磁場基本方程（大約3學時）7.11.1教學日期7.11.2教學目標1、掌握矢量磁位2、了解矢量磁位的泊松方程和拉普拉斯方程3、理解磁偶極子及其磁偶極矩、矢量磁位及磁感應強度4、掌握磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定律5、熟練運用磁介質(zhì)中恒定磁場的基本方程7.11.3教學內(nèi)容（含重點、難點）1、掌握矢量磁位的基本概念及計算規(guī)則；重點：庫倫規(guī)范；難點：矢量磁位；2、了解矢量磁位的泊松方程和拉普拉斯方程；重點：矢量磁位的泊松方程；難點：方程的靈活應用；3、理解磁偶極子及其磁偶極矩、矢量磁位及磁感應強度難點：磁偶極子的矢量磁位、磁偶極子的磁感應強度；4、掌握磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定律重點：束縛電流、磁化強度矢量、磁場強度、本構(gòu)方程；難點：束縛電流5、掌握磁介質(zhì)中恒定磁場基本方程重點：恒定磁場基本方程；難點：磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定律7.11.4教學過程首先由畢奧－薩伐爾定律計算磁感應強度的難度入手，介紹降低計算磁感應強度的難度的方法，進而引出矢量磁位，接著推導計算出磁偶極子的磁感應強度，最后介紹磁偶極矩；然后介紹磁介質(zhì)的磁化現(xiàn)象，在此基礎上引出磁化強度矢量，并由此推導得出束縛體電流密度、束縛面電流密度計算式，隨后進一步引出磁場強度及磁介質(zhì)的本構(gòu)方程，推導出磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定律，最后重點講解磁介質(zhì)中的恒定磁場的基本方程。1、引入矢量磁位和庫侖規(guī)范--–PPT+板書推導講述畢奧-薩伐爾定律計算繁瑣→簡化引入矢量磁位→→散度無限制→任取→庫侖規(guī)范→↓2、導出矢量磁位的泊松方程和拉普拉斯方程--–PPT+板書推導講述將矢量磁位代入基本方程+庫侖規(guī)范→泊松方程→無源區(qū)拉普拉斯方程→如何達到化簡計算，降低計算難度→和標量電位相比較↓3、推導磁偶極子的矢量磁位和磁感應強度--–PPT+板書推導講述磁偶極子→磁偶極矩→磁偶極子的磁感應強度→磁偶極子的磁感應強度難點：磁偶極子的矢量磁位、磁偶極子的磁感應強度↓4、推導磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定律磁化現(xiàn)象→磁化強度矢量→束縛面電流密度、束縛體電流密度→安培環(huán)路定律→磁場強度→本構(gòu)方程→磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定律，↓舉例計算磁化強度、磁場強度、磁化面電流密度和體電流密度↓由本構(gòu)方程對磁介質(zhì)的特性進行分類，和電介質(zhì)進行比較↓線性、均勻、各向同性的介質(zhì)具有何種特性↓順磁介質(zhì)和抗磁介質(zhì)的概念及其應用范圍，本課程一般計算中介質(zhì)磁導率都近似真空中的磁導率↓5、導出磁介質(zhì)中恒定磁場基本方程，，↓掌握方程的不同形式、意義和運用方法，舉例計算、分析恒定磁場7.11.5教學方法板書推導講述+PPT演示講述7.11.6作業(yè)安排及課后反思1、作業(yè)：習題4.8/4.9，習題4.13/4.14，習題4.162、分析區(qū)別磁場強度與磁感應強度，可參閱畢德顯《電磁場理論》第5章恒定電流的磁場相關(guān)部分，P244-2647.11.7課前準備情況及其他相關(guān)特殊要求要求學生準備高等數(shù)學及大學物理的相關(guān)教材。7.11.8參考資料畢德顯《電磁場理論》第5章恒定電流的磁場部分

7.12教學單元十二恒定磁場的邊界條件（大約2學時）7.12.1教學日期7.12.2教學目標1、掌握恒定磁場的邊界條件2、了解磁力線折射定律7.12.3教學內(nèi)容（含重點、難點）1、導出恒定磁場的邊界條件；重點：和邊界條件的計算公式；難點：邊界條件與基本方程的關(guān)系、適用方程的形式；2、了解磁力線折射定律；重點：磁力線折射定律；難點：分界面電流。7.12.4教學過程首先講解介質(zhì)分界面上的邊界條件和基本方程的關(guān)系，由此推導得出介質(zhì)分界面上的邊界條件及各種情況下的計算式及磁力線折射定律。1、推導恒定磁場的邊界條件--–PPT+板書推導講述基本方程→分界面使之簡化→積分方程加入約束條件→邊界條件→，→舉例計算↓2、推導磁力線折射定律--–PPT+板書推導講述分界面無自由電流→邊界條件→，→磁力線折射定律→磁鐵內(nèi)外磁力線分布7.12.5教學方法板書推導講述+PPT演示講述7.12.6作業(yè)安排及課后反思1、作業(yè)：習題4.17，習題4.182、分析磁鐵內(nèi)外磁力線分布及其原因，可參閱畢德顯《電磁場理論》第5章恒定電流的磁場相關(guān)部分，P268-2727.12.7課前準備情況及其他相關(guān)特殊要求要求學生準備高等數(shù)學及大學物理的相關(guān)教材。7.12.8參考資料畢德顯《電磁場理論》第5章恒定電流的磁場部分

7.13教學單元十三電感和磁場能量（大約3學時）7.13.1教學日期7.13.2教學目標1、熟悉電感的基本概念；2、了解自感、內(nèi)自感、互感；3、掌握諾伊曼公式；4、了解磁場能量的獲取過程；5、掌握磁場的能量和能量密度的計算方法。7.13.3教學內(nèi)容（含重點、難點）1、電感、自感、互感；重點：電感的定義式；難點：內(nèi)自感；2、諾伊曼公式；重點：計算自感或互感的諾伊曼公式；難點：內(nèi)自感的計算方法。3、磁場能量的獲??；重點：磁場建立過程的能量轉(zhuǎn)換情況；4、磁場的能量和能量密度的計算公式；重點：計算公式；難點：能量分布區(qū)域。7.13.4教學過程介紹電磁感應現(xiàn)象，由此引出線圈電感量這一參量，根據(jù)電感量定義推到出自感、互感的計算式、諾伊曼公式，最后介紹內(nèi)自感及長直導線內(nèi)自感計算式。1、引入電感及其分類--–PPT+板書推導講述電磁感應→電感→區(qū)分自感互感→強調(diào)內(nèi)自感→舉例計算↓2、推導計算電感的諾伊曼公式--–PPT+板書推導講述電感定義+畢奧-薩伐爾定律→諾伊曼公式→推導內(nèi)自感→舉例計算↓3、磁場能量分布：首先由功能原理引出磁場能量來源于形成電流的電場這一事實，然后推導計算通電線圈的磁場能量，得出計算公式；最后推導得出磁場的能量密度計算公式。↓磁場能量的獲取--–PPT+板書推導講述通電→生磁→耗電獲得磁能→建立磁場↓推導計算磁場的能量和能量密度的計算公式--–PPT+板書推導講述移動電荷做功→形成電流→產(chǎn)生磁場→獲得磁能→分布于磁場所處空間→→→↓舉例計算空間中的磁場能量和磁場能量分布，與電場能量比較。7.13.5教學方法板書推導講述+PPT演示講述7.13.6作業(yè)安排及課后反思1、作業(yè)1：提交《電感及其計算》的讀書報告2、作業(yè)2：習題4.19/4.203、分析內(nèi)自感的成因，可參閱畢德顯《電磁場理論》第5章恒定電流的磁場相關(guān)部分，P285-290。7.13.7課前準備情況及其他相關(guān)特殊要求要求學生準備高等數(shù)學及大學物理的相關(guān)教材。7.13.8參考資料畢德顯《電磁場理論》第5章恒定電流的磁場部分

7.14教學單元十四第5章時變電磁場：電磁感應定律、麥克斯韋方程組（大約3學時）7.14.1教學日期7.14.2教學目標1、了解靜電場和恒定磁場的即時性；2、了解靜電場和恒定磁場對源的直接關(guān)系；3、理解法拉第電磁感應定律的本質(zhì)—時變磁場激勵渦旋電場；4、理解位移電流假說的本質(zhì)--時變電場激勵渦旋磁場；5、了解時變電磁場的根本特性—電磁整體性；6、掌握并理解麥克斯韋方程組各方程描述的物理意義；7、了解麥克斯韋方程組的微分形式、積分形式；8、了解麥克斯韋方程組的非限定性形式、限定性積分形式；9、理解從麥克斯韋方程組預言電磁波的過程和自然性；10、掌握各種形式的麥克斯韋方程組的應用。7.14.3教學內(nèi)容（含重點、難點）1、靜態(tài)場的場與源的時間特性–即時性說明靜電場與恒定磁場的分離性。2、法拉第電磁感應定律及其數(shù)學方程（重點）推導法拉第電磁感應定律的積分形式；推導法拉第電磁感應定律的微分形式；本質(zhì)：變化的磁場將激勵感應電場，感應電場是一種漩渦場；分析變化磁場與感應電場的場源關(guān)系—數(shù)學方程。3、位移電流假說（重點）時變場情況下安培環(huán)路定理的矛盾；應用電流連續(xù)性原理解決安培環(huán)路定理的矛盾；引入位移電流的概念；比較：源電流、傳導電流、位移電流；建立全電流安培環(huán)路定理，說明位移電流的重要意義—時變電場將激勵漩渦狀的磁場。4、引出麥克斯韋方程組，并描述各方程的物理意義（難點）；5、麥克斯韋方程組的微分形式、積分形式；6、麥克斯韋方程組的非限定性形式、限定性積分形式，無源空間中的麥克斯韋方程組；7、從麥克斯韋方程組預言電磁波的過程和自然性（難點），講述從法拉第電磁感應定律實驗—麥克斯韋位移電流假說--麥克斯韋方程組預言電磁波—赫茲用電磁脈沖產(chǎn)生電磁波—莫爾發(fā)明電報—貝爾發(fā)明電話—英國電器工程師約翰·洛吉·貝爾德發(fā)明電視現(xiàn)代通信工程-。。。8、麥克斯韋方程組的應用.7.14.4教學過程1、靜電場與恒定磁場的分離性和即時性--–PPT+板書推導講述用公式說明：，在靜態(tài)源和恒定電流源的情況下，電場和磁場各自依賴于自己的源，互不相關(guān)；場與源具有即時性，即空間中一旦建立靜電荷分布，則空間中立即建立起靜電場分布；反過來，如果在靜電場中我們將靜電荷撤走，空間中的靜電場也將立刻消失?！?、法拉第電磁感應定律及其數(shù)學方程--–PPT+板書推導講述通過法拉第電磁感應定律的描述，寫出法拉第電磁感應定律的數(shù)學方程，即推導法拉第電磁感應定律的積分形式，推導法拉第電磁感應定律的微分形式；↓分析法拉第電磁感應定律的數(shù)學方程的本質(zhì)：本質(zhì)：變化的磁場將激勵感應電場，感應電場是一種漩渦場；分析變化磁場與感應電場的場源關(guān)系——數(shù)學方程?！?、位移電流假說--–PPT+板書推導講述由時變場情況下對平板電容器充電實例，說明安培環(huán)路定理的矛盾；應用電流連續(xù)性原理解決安培環(huán)路定理的矛盾；引入位移電流的概念；比較：源電流、傳導電流、位移電流建立全電流安培環(huán)路定理：↓說明位移電流的重要意義——時變電場將激勵漩渦狀的磁場→用海水的位移電流與傳導電流比較加深對位移電流理解。4、麥克斯韋方程組的導出：——PPT+板書推導講述用矢量場的基本特性：矢量場的散度和旋度決定矢量場的性質(zhì)和電磁場的場源關(guān)系引出麥克斯韋方程組；↓解釋各方程組的物理意義：——PPT+板書推導講述——安培環(huán)路定律，表明傳導電流和變化的電場都能產(chǎn)生磁場；——電磁感應定律，表明變化的磁場能產(chǎn)生電場；——磁通連續(xù)性原理，表明磁場是無源場,磁力線總是閉合曲線；——高斯定律，表明電荷以發(fā)散的方式產(chǎn)生電場↓5、麥克斯韋方程組的各種形式及適用條件——PPT+板書推導講述麥克斯韋方程組的微分形式——適用于連續(xù)介質(zhì)；麥克斯韋方程組的積分形式——適用于只有有限個一階間斷點的介質(zhì)；麥克斯韋方程組的非限定形式-——適用于任意空間；麥克斯韋方程組的限定形式——適用于媒質(zhì)確定的空間?！?、無源空間中的麥克斯韋方程組——PPT+板書推導講述電磁場相互激勵——電磁場可以脫離源進行傳播，從而預言電磁波的存在；↓7、講述從麥克斯韋方程組預言電磁波的自然性和電磁波發(fā)現(xiàn)、應用的歷史；↓8、用一個例題說明麥克斯韋方程組的應用——PPT+板書推導講述說明麥克斯韋方程組與靜態(tài)場的關(guān)系。7.14.5教學方法板書推導講述+PPT演示講述7.14.6作業(yè)安排及課后反思1、作業(yè)：習題5.3/5.4，習題5.5，習題5.7/5.10，習題5.12/5.13/5.142、課后反思：要充分理解時變磁場激勵電場，時變電場激勵磁場，電磁場相互激勵，由此，在時變情況下，電磁場是一個整體。7.14.7課前準備情況及其他相關(guān)特殊要求要求同學們在學習此部分內(nèi)容前復習：法拉第電磁感應定律及相關(guān)實驗，安培環(huán)路定理。7.14.8參考資料謝處方，《電磁場與電磁波》，高教出版社，P211.

7.15教學單元十五時變電磁場邊界條件和波動方程（大約2學時）7.15.1教學日期7.15.2教學目標1、掌握邊界條件的應用；2、了解電磁波在空間中以波動方式傳播；3、掌握電磁場的波動方程；4、學會用波動方程進行求解。7.15.3教學內(nèi)容（含重點、難點）1、推導邊界條件的各方程說明邊界條件與麥克斯韋方程組的關(guān)系；特殊情況下的邊界條件：導體與空氣的邊界條件（重點）；2、電磁場的波動方程推導與物理意義解釋；（重點）要說明波動方程是二階微分方程，具有不確定性；（難點）3、用例題說明波動方程的解波函數(shù)（重點）4、說明電磁波的一些參數(shù)：波的相速度、波長、頻率等。7.15.4教學過程1、邊界條件——PPT+板書推導講述說明邊界的概念，邊界條件——麥克斯韋方程組在邊界上的具體表現(xiàn)，推導邊界條件的各方程，并說明各方程的物理意義，特殊邊界條件——導體與空氣的邊界條件：，，，。用兩個例題說明麥克斯韋方程組和邊界條件的使用。2、電磁場的波動方程推導與物理意義解釋：——PPT+板書推導講述由無源空間中的麥克斯韋方程組推導波動方程↓這是三維空間中的波動方程，說明電磁場以波動方式在空間中傳播，傳播相速度：給出直角坐標系下波動方程的分量方程形式；電磁波的傳播問題歸結(jié)為在給定邊界條件和初始條件下求解波動方程↓3、例：已知無源的自由空間中，時變電磁場的電場強度為-–PPT+板書推導講述、以例題方式講述；7.15.5教學方法板書推導講述+PPT演示講述7.15.6作業(yè)安排及課后反思1、作業(yè)：習題5.9，習題5.15，習題5.162、反思：怎樣從麥克斯韋方程組就可以預言電磁波的存在？要求記憶麥克斯韋方程組，要求記憶導體與空氣的邊界條件。7.15.7課前準備情況及其他相關(guān)特殊要求課前查閱麥克斯韋的生平和對電磁學的偉大貢獻；查閱物理學家赫茲的研究工作和偉大貢獻。7.15.8參考資料俞集輝，電磁場原理，重慶大學出版社，P145

7.16教學單元十六坡印廷矢量與坡印廷定理、標量位與矢量位（大約3學時）7.16.1教學日期7.16.2教學目標1、掌握電磁波在空間中的能量儲存、流動和能量守恒關(guān)系；2、理解能量密度、坡印廷矢量等概念；3、理解時變電磁場的矢量位函數(shù)和標量位函數(shù)及其關(guān)系；4、掌握時變電磁場能量輻射的達朗貝爾方程。7.16.3教學內(nèi)容（含重點、難點）1、電磁波在空間中的傳播規(guī)律（重點、難點）：能量儲存、流動和能量守恒關(guān)系，電場能量密度、磁場能量密度、電磁波能流密度矢量--坡印廷矢量，推導坡印廷定理。2、電磁波的動態(tài)矢量磁位和標量電位；3、電磁波能量輻射的達朗貝爾方程。7.16.4教學過程1、電磁波在空間中的傳播規(guī)律–PPT+板書推導講述電磁波在空間中的傳播是一種物質(zhì)的傳播，或說成是一種能量的傳播；空間的煤質(zhì)要儲存電磁波能量：電場能、磁場能，電磁波在煤質(zhì)中傳播時電磁波能量還要損耗：焦耳損耗、介質(zhì)損耗說明電磁波的傳播過程是一個電磁能量在傳播時伴隨能量的儲存和能量損耗的過程；用能量守恒定理坡印廷定理來說明電磁波能量的傳播、儲存和能量損耗的過程?！?、坡印廷定理的推導：定義——坡印廷矢量；用例題來加深理解。3、由麥克斯韋方程組推導有源的時域輻射方程——達朗貝爾方程7.16.5教學方法板書推導講述+PPT演示講述7.16.6作業(yè)安排及課后反思作業(yè)：習題5.17，習題5.19課后反思：想象電磁波在空間中的傳播過程，思考能量流動和儲存與損耗關(guān)系7.16.7課前準備情況及其他相關(guān)特殊要求課前復習介質(zhì)的電場儲能和磁場儲能的本質(zhì)和關(guān)系。7.16.8參考資料俞集輝，電磁場原理，重慶大學出版社，P148

7.17教學單元十七正弦平面電磁波在無界空間中的傳播、正弦電磁場的復數(shù)表示（大約2學時）7.17.1教學日期7.17.2教學目標1、掌握正弦電磁場的復數(shù)表示法；2、掌握麥克斯韋方程的復數(shù)表示法；3、掌握坡印廷定理的復數(shù)表示法；4、掌握波動方程的復數(shù)表示形式——亥姆霍茲方程；5、了解復矢量概念、三角函數(shù)與復矢量的對應關(guān)系。7.17.3教學內(nèi)容（含重點、難點）1、正弦電磁場的復數(shù)表示；2、麥克斯韋方程的復數(shù)表示；3、坡印廷定理的復數(shù)表示；4、波動方程的復數(shù)表示；5、亥姆霍茲方程。7.17.4教學過程首先介紹正弦電磁場的瞬時值與復數(shù)表達式，由此引出麥克斯韋方程組的復數(shù)表達式，及坡印廷定理的復數(shù)表達式和波動方程的復數(shù)表達式及其變換后的方程——亥姆霍茲方程，重點介紹亥姆霍茲方程。1、正弦電磁場的復數(shù)表示；--–PPT+